JP2006128194A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成でグレイスケールを容易に実現すると共に、高いスループットを達成することができる露光装置及びデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】 多階調のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、２次元に配置された複数の画素を有し、前記画素の明暗の２値制御により光学像を形成する空間変調素子と、前記光学像を各列及び／又は各行毎に重ね合わせ、前記多階調のパターンを形成する重ね合わせ光学系とを有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造に用いられる露光装置に関する。本発明は、例えば、マイクロミラーアレイなどの空間変調素子を利用し、原版としてのマスクを使用しないマスクレス型の露光装置に好適である。

半導体集積回路は、巨大なパーソナルコンピュータ市場が牽引力となって急速に微細化が進んでおり、現在、９０ｎｍのデザインルールを達成している。パーソナルコンピュータに使用される中央演算装置（ＭＰＵ）やメモリ（ＤＲＡＭ）は、汎用性が高く、市場も大きいため、非常に多数のデバイスが生産されている。また、ＭＰＵやメモリは、パーソナルコンピュータのメーカー及び型式が違っても同じデバイスが使用されているため、同一の半導体デバイスが大量に生産されている。

一方、デジタルテレビ、多機能な携帯電話、ネットワークなどの普及に伴い、今後は、情報家電が半導体デバイスの最も大きな市場となると予測される。情報家電は、それぞれのメーカー及び型式によって独自の半導体デバイス（システムＬＳＩ）が使用されているため、非常に多種のデバイスが生産されることになる。更に、情報家電は、消費者のニーズに合わせて設計、生産する。従って、消費者のニーズは一様でないため、様々な製品を生産する必要があり、一機種の生産台数は限られることになる。また、個人のニーズは非常に流動的であり、消費者のニーズに合わせてタイミングよく市場に製品を投入していくことが求められる。

ＭＰＵやメモリに代表される従来の半導体デバイスは、同一のものを大量に、長期間に渡って生産することができたが、情報家電の半導体デバイス（システムＬＳＩ）は、多種少量を短期間に、且つ、市場投入のタイミングを逃すことなく生産することが要求される。

半導体デバイスを生産する際に重要な技術であるリソグラフィー（焼き付け）技術としては、マスク（レチクル）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。かかる投影露光装置は、半導体デバイスの微細化及び高集積化に対応し、例えば、位相シフトマスクの導入などによって、現在では、露光波長よりも小さなパターンを転写することができる。なお、位相シフトマスクは、従来のマスク（バイナリマスク）に比べて複雑であるため、高価なものとなっている。

同一のデバイスを大量に生産する場合、マスクコストはデバイス一つ当たりに換算すると小さなものとなるが、生産量の少ないシステムＬＳＩを生産する場合では、マスクコストの比率が大きく、高価なマスク（位相シフトマスクなど）を使用すると、デバイスが高価なものとなってしまう。情報家電は、従来の家電電化製品と同様に価格競争が激しいため、高価な半導体デバイスを使用することは避けたい。

そこで、システムＬＳＩの生産においては、直接描画方式の露光装置（以下、「マスクレス露光装置」と称する。）を用いることが注目されている。マスクレス露光装置は、マスクを使用しないため、デバイスの回路設計を行った後、マスクを製作することなくデバイスの生産を開始することができる。そのため、マスクコストの削減だけではなく、デバイスの生産時間も短縮することが可能である。

例えば、従来の露光装置と同様な光源を用いたマスクレス露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかる露光装置は、図１３に示すように、マイクロミラーを多数配置したマイクロミラーアレイ（空間変調素子）１０１０を従来の露光装置のマスクに相当する位置（即ち、照明装置１０２０と投影光学系１０３０との間）に配置し、かかるマイクロミラーアレイ１０１０によって回路パターンを生成することでマスクレスを実現するものである。具体的には、数千個の１０μｍ程度のマイクロミラーの駆動を制御する（各マイクロミラーの傾きにより光の反射を制御する）ことで回路パターンを生成し、かかる回路パターンを投影光学系１０３０によってウェハ１０４０上に縮小投影することで転写を行う。ここで、図１３は、従来のマスクレス露光装置の構成を示す概略断面図である。

マスクレス露光装置において、マイクロミラーアレイの個々のマイクロミラーを一画素としてパターンを形成すると共に、明暗の２値のみで制御した場合、パターンの描画できる位置が、マイクロミラーの配列で決まってしまう。例えば、１０μｍピッチでミラーが配列されており、それを１／１００に縮小投影した場合、投影されるパターンの描画位置は１００ｎｍピッチとなる。一方、現在のシステムＬＳＩの最小線幅は１００ｎｍ以下となっており、その配置位置のピッチ（以下、「グリッド」と称する。）は１ｎｍ程度である。

マイクロミラーアレイは、大きさ１０μｍのマイクロミラーを１０００万個程度配置するのが限度である。１個の大きさが１０μｍのマイクロミラーを縦２５００個、横４０００個配置した１０００万個のマイクロミラーアレイの場合、１ｎｍのグリッドサイズを実現するためには、１／１００００倍の縮小光学系を用いて、パターンを縮小投影することになる。マイクロミラーアレイ全体の大きさは２５ｍｍ×４０ｍｍであるので、投影されるパターンの大きさ（画角）は、２．５μｍ×４μｍでしかない。従って、１／１００００倍の縮小光学系の実現性も低いが、量産で使われる直径３００ｍｍの半導体ウェハを、パターンを繋ぎながら全面パターニングするためには、途方もない時間を要してしまう。

そこで、実際のパターニングに使用するミラーサイズ（画素サイズ）よりも小さなグリッド（仮想グリッド）を実現するために、グレイスケールが提案されている。グレイスケールとは、個々の画素の強度（積算照度）を変えることによって、画素と画素との間（グリッドの中間）にもパターン像を形成することができる技術である。

グレイスケールを実現する方法としては、マイクロミラーアレイの個々のマイクロミラーの反射角度を微妙に変化させることで反射光の強度を変える方式（例えば、特許文献２参照。）や、露光を複数回に分けて露光毎に各画素を制御することで画素の積算露光量を調整する方式（例えば、特許文献３参照。）や、異なる強度に調整された複数の空間変調素子の像を合成して転写する方式（例えば、特許文献４参照。）が提案されている。
米国特許第５３３０８７８号 特表２００２−５０６２３３号公報 米国特許第５６９１５４１号 特開２００３−２４３３００号公報

しかし、特許文献２に開示されたグレイスケールの技術は、１００万個ものマイクロミラーの各々についてデジタルアナログ変換を行い、更に、個々のマイクロミラーの校正を行う必要があるため、システムが非常に複雑、且つ、大規模なものになってしまうという問題がある。

また、特許文献３に開示されたグレイスケールの技術は、強度分解能を向上させるために多数の露光が必要となり、スループットが大きく低下してしまう。

特許文献４に開示されたグレイスケールの技術についても、別々の場所に設置された空間変調素子が形成する像を合成するための光学系が複雑化したり、組み立て調整が極めて困難であるなどの問題を有する。

一方、空間変調素子を用いたマスクレス露光装置においては、高スループット化も要求されており、かかる要求を満足するために、空間変調素子の画素数を増やし、１回の露光範囲を広くすることや、露光の周期を早めることで単位時間当たりに露光する範囲を広げることが考えられる。しかし、いずれの方法も、１回の露光が終わって次の露光位置へ移動する速度（一般には、ウェハステージ速度）を早くしなければならないが、ウェハステージ速度は、現状では、既に限界近くに達しており、ウェハステージ速度の向上によるスループットの向上は望めない。

そこで、本発明は、簡易な構成でグレイスケールを容易に実現すると共に、高いスループットを達成することができる露光装置及びデバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、多階調のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、２次元に配置された複数の画素を有し、前記画素の明暗の２値制御により光学像を形成する空間変調素子と、前記光学像を各列及び／又は各行毎に重ね合わせ、前記多階調のパターンを形成する重ね合わせ光学系とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、複数の画素を有し、前記画素の明暗の２値制御により前記所望のパターンを形成する空間変調素子と、前記所望のパターンを前記被処理体面上で走査するミラーと、前記被処理体を走査するウェハステージとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、簡易な構成でグレイスケールを容易に実現すると共に、高いスループットを達成することができる露光装置及びデバイス製造方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置を説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の例示的一態様である露光装置の理解を深めるために、グレイスケールについて説明する。図１は、マイクロミラーアレイによるグレイスケールの実現を説明するための図である。図１（ａ）は、マイクロミラーアレイＭＭＡを示す平面図である。図１（ａ）において、ＭＭは、１個のマイクロミラー（画素）を示し、全体では、縦８個×横８個の６４個のマイクロミラーＭＭを有するマイクロミラーアレイＭＭＡを形成する。矩形領域のＰＴは、描画したいパターンである。図１（ａ）に示すように、パターンＰＴの端部は、マイクロミラーＭＭの端部と一致していない。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すマイクロミラーアレイＭＭＡの強度分布を示している。図１（ｂ）は、縦軸に強度を、横軸にマイクロミラーアレイＭＭＡの位置を採用し、実線は各マイクロミラーＭＭの強度を、点線は投影された後の強度プロファイルを表している。

元の強度分布（即ち、実線で表されたマイクロミラーアレイＭＭＡが形成する強度分布）は、投影光学系を介して、像面（露光装置の場合はウェハ面）に投影されると、回折などの影響により、点線で表した強度プロファイルに変化することになる。従って、レジストが感光するしきい値以上の強度部分のみ感光し、パターンＰＴが形成され、その結果、所望のパターンＰＴの幅が描画されることになる。境界線上のマイクロミラーＭＭの強度を変化させることによって、描画されるパターンＰＴの幅（端部の位置）を変えることが可能である。かかるグレイスケールは、投影光学系の解像限界以下の大きさに結像する場合に効果的である。なお、各マイクロミラーＭＭの強度分布を形成する方法としては、時間変調（各マイクロミラーＭＭの発光している時間を変えることで、積分強度に分布を形成する方法）と強度変調（各マイクロミラーＭＭの強度そのものを変える方法）とがある。

図２は、本発明のグレイスケールの実現の基本的な原理を説明するための図である。図２において、１０は、空間変調素子であるマイクロミラーアレイである。１１は、マイクロミラーアレイ１０の画素であるマイクロミラーであり、２次元的（縦及び横）に配置されている。２０は、マイクロミラーアレイ１０で形成されたパターン（光学像）の列方向の画素を一つに重ね合わせるための重ね合わせ光学系である。なお、以下では、列方向の画素を重ね合わせることを例に説明するが、行方向の画素を重ね合わせることも同様であることは言うまでもない。重ね合わせ光学系２０は、具体的には、シリンドリカルレンズがマイクロミラーアレイ１１の行方向の画素１１の数だけ並んだシリンドリカルレンズアレイや、ウェッジプリズムアレイである。３０は、多階調のパターン像である。本実施形態では、パターン像３０は、２次元の像ではなく、直線状の像となっている。

マイクロミラーアレイ１０の各画素１１は、反射した光が像面へ到達する角度に位置調整される（明）か、到達しない角度に位置調整される（暗）かの２値制御される（以下、「ＯＮ／ＯＦＦ制御」と称する。）。マイクロミラーアレイ１０は、本実施形態では、列方向に９個の画素１１を有し、各画素１１をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、強度を０から９までの１０段階に変化させることが可能となっている。図２では、マイクロミラーアレイ１０の左側から順に、最も強い強度から１段階づつ強度を落としていった例を示している。このような複数の画素１１が形成する光学像（即ち、複数の画素１１からの光）を、重ね合わせ光学系２０によって、列方向毎に重ね合わせることによって、図２に示すように、多階調のパターン像３０が形成され、グレイスケールを複数の画素１１の単純なＯＮ／ＯＦＦ制御（２値制御）によって実現することができる。

図２においては、マイクロミラーアレイ１０の各画素１１の反射率は全て同じであるため、列方向に９個並べられたどの画素１１をＯＮにしても同じように強度が変化する。換言すれば、列方向の画素１１のうち何個の画素１１がＯＮ状態であるかによって強度が決まる。例えば、１個の画素１１をＯＮにした状態にしたいときに、上から１番目の画素１１をＯＮにしても、３番目の画素１１をＯＮにしてもパターン像３０は変わらない。

図３は、本発明の別のグレイスケールの実現の基本的な原理を説明するための図である。図３において、１０Ａは空間変調素子であるマイクロミラーアレイ１０Ａ、２０、重ね合わせ光学系、３０はパターン像である。

図２に示すグレイスケールの実現と図３に示すグレイスケールの実現との違いは、マイクロミラーアレイ１０Ａである。マイクロミラーアレイ１０は、全ての画素１１が同じ反射率を有しているのに対して、マイクロミラーアレイ１０Ａは、図４に示すように、画素１１Ａの行方向の並び毎に異なる反射率を有する。ここで、図４は、マイクロミラーアレイ１０Ａの画素１１Ａが有する反射率を示す図である。

図４を参照するに、マイクロミラーアレイ１０Ａの画素１１Ａは、最も高い反射率を１とし、一番下の行に配置された画素１１Ａ_１の反射率を１とすると、画素１１Ａ_１の上の行の画素１１Ａ_２は１／２の反射率を有し、順に、画素１１Ａ_３は（１／２）^２の反射率を、画素１１Ａ_４は（１／２）^３の反射率を、画素１１Ａ_５は（１／２）^４の反射率を、画素１１Ａ_６は（１／２）^５の反射率を、画素１１Ａ_７は（１／２）^６の反射率を、画素１１Ａ_８は（１／２）^７の反射率を、画素１１Ａ_９は（１／２）^８の反射率を有する。

行毎にべき乗で反射率の異なる画素１１Ａを有するマイクロミラーアレイ１０Ａは、それぞれの画素１１Ａの和をとることで、ＯＮ／ＯＦＦ制御の２値制御だけでありながら、９個の画素１１Ａの重ね合わせによって、２^９＝５１２階調のパターン像３０の表現が可能となる。

マイクロミラーアレイ１０Ａの列方向の画素１１Ａは９個あり、それらが重ね合わされてパターン像３０の一画素を形成することになるが、遮光（強度０）状態から一番強度の高いレベル（５１２階調）を設定すれば、どの画素１１ＡをＯＮ又はＯＦＦにすればよいかが一意的に決まる。本実施形態では、マイクロミラーアレイ１０Ａの画素１１Ａの反射率を変えているが、マイクロミラーアレイ（空間変調素子）は従来のものを用いて２値制御を行い、後段に、マイクロミラーアレイの画素の行方向毎に透過率がべき乗に異なるように調整されたフィルタを配置しても同様な効果を得ることができる。

次に、マイクロミラーアレイ１０又は１０Ａの各画素１１又は１１Ａを列方向に重ね合わせるための重ね合わせ光学系２０について説明する。図５は、重ね合わせ光学系２０の一例としてのプリズムアレイ２０Ａを示す図である。図５では、プリズムアレイ２０Ａの形状が分かりやすいように横方向から示している。

図５を参照するに、照明光ＩＬは、マイクロミラーアレイ１０に入射する。マイクロミラーアレイ１０は、反射光ＲＬをプリズムアレイ２０Ａに入射させる、又は、入射させないの２値で、個々のマイクロミラー１１の角度を制御する。反射光ＲＬは、プリズムアレイ２０Ａに入射し、アレイの行毎にプリズムアレイ２０Ａからの射出光ＥＬの角度が変えられ、像面ＩＰに重ね合わされる。

プリズムアレイ２０Ａは、マイクロミラーアレイ１０の列方向の重ね合わせる画素１１分（図４では、６画素分）の細いプリズムが合わさった形状を有する。プリズムアレイ２０Ａは、マイクロミラーアレイ１０の画素１１の行毎に角度が変えてあり、列方向が一点に集まることになる。本実施形態では、重ね合わせ光学系２０としてプリズムアレイ２０Ａを説明したが、図６に示すようなシリンドリカルレンズアレイ２０Ｂや、マイクロミラーアレイ１０の画素１１の各行毎に角度が異なるミラーアレイでも同様な効果を得ることができる。ここで、図６は、重ね合わせ光学系２０の一例としてのシリンドリカルレンズアレイ２０Ｂを示す図である。

以上の説明では、マイクロミラーアレイ１０の列方向の複数の画素１１を１つに重ね合わせることで一行のパターン像（直線状の明暗像）３０を形成したが、これは、本発明の本質を理解しやすくするために便宜上一行としているだけであり、実際には、複数の行の画素１１毎に重ね合わせてパターン像３０を形成することになる。

例えば、図７に示すように、マイクロミラーアレイ１０などの空間変調素子の列方向の画素１１を、９行ずつを１組として一列のパターン像３０を形成する。重ね合わせ光学系２０（プリズムレンズアレイ２０Ａやシリンドリカルレンズアレイ２０Ｂ）によって、マイクロミラーアレイ１０の列方向９画素分づつ画素１１が重ね合わされる。実際のマイクロミラーアレイ１０の画素１１の数を横２０００個、縦９００個とすると、パターン像３０は、横２０００画素、縦１００画素となる。全ての画素１１からの光の強度が同じである場合（即ち、マイクロミラーアレイ１０の各画素１１の反射率が同じである場合）、１０段階のグレイスケールのパターン像３０を形成することができる。また、各画素を列方向に１／２のべき乗の強度分布を有する空間変調素子を用いると、５１２階調のグレイスケールを表すことができる。ここで、図７は、マイクロミラーアレイ１０及び重ね合わせ光学系２０によって、２次元のパターン像３０を形成することを説明するための図である。

図５に示したように、列方向の画素１１を重ね合わせる際に、マイクロミラーアレイ１０の上方に位置する画素１１と下方に位置する画素１１からの光は、像面ＩＰに入射するときの角度が異なっている。即ち、光軸がずれているため、焦点位置がずれてしまった場合、像ずれが発生し、それぞれ強度の違うスポットがずれた位置に投影され、グレイスケール効果が低下してしまう。

そこで、焦点位置がずれてもグレイスケール効果が低下しないように、マイクロミラーアレイ１０の各画素１１の強度が全て同じ場合（図２に示した構成の場合）、図８（ａ）に示すように、マイクロミラーアレイ１０のＯＮ／ＯＦＦする画素１１ａ／１１ｂを上下対称にするとよい。若しくは、略上下対称となるように、図８（ｂ）に示すように、ＯＮ／ＯＦＦする画素１１ａ／１１ｂを制御してもよい。また、１つのパターン像を投影する際に、露光を２回に分け、図８（ｃ）に示すように、１回目の露光を行うときと２回目の露光を行うときに、マイクロミラーアレイ１０のＯＮ／ＯＦＦする画素１１ａ／１１ｂを上下反対にしてもよい。

マイクロミラーアレイ１０Ａの画素１１Ａの強度をべき乗で変えた場合（図３に示した構成の場合）も同様に、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示したように、マイクロミラーアレイ１０ＡのＯＮ／ＯＦＦする画素１１Ａ（即ち、画素１１の強度）を略上下対称に制御してもよい。また、図８（ｄ）に示すように、反射率１の画素１１Ａを中央に配置し、その上下に順に反射率を一段（即ち、１／２のべき乗）ずつ上げた画素１１Ａを配置することで、上下対称に同じ反射率の画素を配置した場合と同様な効果を得ることができる。

以下、図９を参照して、上述した本発明のグレイスケールの実現の基本的な原理を適用した露光装置１００について説明する。図９は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略斜視図である。

露光装置１００は、空間変調素子としてのマイクロミラーアレイ１２０によって形成した回路パターン（半導体集積回路）を被処理体１６０に露光するマスクレス型の投影露光装置である。即ち、露光装置１００は、マスクを用いる露光装置のマスクに相当する位置にマイクロミラーアレイ１２０を配置し、マイクロミラーの傾きによって反射又は遮光を選択することで回路パターンを形成する。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下の、例えば、システムＬＳＩのリソグラフィー工程に好適である。

露光装置１００は、図９に示すように、照明装置１１０と、マイクロミラーアレイ１２０と、重ね合わせ光学系１３０と、振動ミラー１４０と、投影光学系１５０と、被処理体１６０を載置するウェハステージ１７０とを有する。

照明装置１１０は、転写用の回路パターンを形成するマイクロミラーアレイ１２０を照明し、光源部１１２と、照明光学系１１４とを有する。

光源部１１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。更にスペックルを低減させるために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部１１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系１１４は、光源部１１２から射出される照明光をマイクロミラーアレイ１２０へ導く機能を有する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系１１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

マイクロミラーアレイ１２０は、複数のマイクロミラーを有し、各々のマイクロミラーの角度を制御することで明暗を作成し、パターンを生成する空間変調素子である。なお、マイクロミラーアレイ１２０は、上述した通りのいかなる形態（マイクロミラーアレイ１０及び１０Ａなど）をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省力する。

重ね合わせ光学系１３０は、マイクロミラーアレイ１２０からの反射光のうち、マイクロミラーの列方向に相当する画素からの反射光を、例えば、１０列ずつ１列に重ね合わせる光学系である。重ね合わせ光学系１３０は、上述した通りのいかなる形態（重ね合わせ光学系２０（プリズムアレイ２０Ａ及びシリンドリカルレンズアレイ２０Ｂなど））をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。

振動ミラー１４０は、マイクロミラーアレイ１２０及び重ね合わせ光学系１３０によって形成された多階調のパターン（光学像）を被処理体１６０上で走査する機能を有する。振動ミラー１４０は、被処理体１６０上での多階調パターンの走査方向を可変とするために、振動軸を可変とする構成としてもよい。

投影光学系１５０は、マイクロミラーアレイ１２０及び重ね合わせ光学系１３０によって形成された多階調のパターンを縮小し、被処理体１６０の表面で結像する。投影光学系１５０は、例えば、振動ミラー１４０の反射角度が時間と共に正弦波状に変位するのを図中Ｘ方向に等速に移動するようにするためのアークサイン光学系と、多階調のパターンを縮小して被処理体１６０に投影するための縮小光学系から構成される。

被処理体１６０は、本実施形態ではウェハであり、フォトレジスト（感光体）が塗布されている。被処理体１６０は、別の実施形態では、液晶基板やその他の被処理体に置換される。

ウェハステージ１６０は、ウェハチャックを介して被処理体１５０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、例えば、リニアモーターで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に被処理体１５０を移動させることができる。なお、ウェハステージ１６０は、ウェハ全面を露光するために、被処理体１５０をＸ軸方向に移動させるものとする。

露光は、光源部１１２から発光される光（発光周期）に同期してウェハステージ１６０の速度及び被処理体１５０の走査方向と、振動ミラー１３０の駆動による多階調のパターンの走査方向を制御することで、被処理体１５０の所定の位置に転写が行われる。

図１０を参照して、振動ミラー１３０の駆動による多階調のパターン（露光パターン）の走査方向とウェハステージ１６０による被処理体１５０の走査方向との関係を説明する。図１０（ａ）は、被処理体１５０面上に露光パターンが転写される順序を示す図である。図１０（ａ）を参照するに、被処理体１５０面において、被処理体１５０は、Ｘ軸方向に順に逐次露光され、一列の露光が完了したら次の列に露光が移るように見える。しかし、実際には、被処理体１５０は、連続移動しているため、装置に固定した視点では、露光パターンは、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ軸に対して角度を有する方向に移動しながら露光が行われているように見える。かかる走査方向の角度は、ウェハステージ１６０の速度と光源部１１２の発光周期によって決まる。露光パターンの走査方向とウェハステージ１６０による被処理体１５０の走査方向を直角に設定した場合には、ウェハステージ１６０は連続移動ではなく、露光パターンの走査を一列行うごとにステップ移動することになる。

このように、露光装置１００によれば、重ね合わせ光学系１３０によって、マイクロミラーアレイ１２０のマイクロミラーの２値制御のみでグレイスケールを実現することができるため、構成が簡略化し、信頼性が高く、低コスト、且つ、高性能なマスクレス露光装置を提供することができる。更に、露光装置１００は、振動ミラー１４０によって、マイクロミラーアレイ１２０及び重ね合わせ光学系１３０で形成された光学像を走査するため、ウェハステージのみで光学像を走査するのに比べて、高いスループットを実現することができ、経済性よくデバイス（特に、システムＬＳＩ）を提供することができる。

以下、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ３（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ４（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ３によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ５（検査）では、ステップ４で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ６）される。

図１２は、ステップ３のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によって（即ち、ステップ１で設計した回路パターンをマイクロミラーアレイで形成し）回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明では、空間変調素子をマイクロミラーアレイとして説明したが、例えば、液晶などを用いてもよい。また、空間変調素子が形成するパターンがグレイスケールでない場合でも、ウェハを走査すると共に、かかるパターンを走査することで、スループットを向上させることができる。

マイクロミラーアレイによるグレイスケールの実現を説明するための図である。 本発明のグレイスケールの実現の基本的な原理を説明するための図である。 本発明の別のグレイスケールの実現の基本的な原理を説明するための図である。 図３に示すマイクロミラーアレイの画素が有する反射率を示す図である。 図２及び図３に示す重ね合わせ光学系の一例としてのプリズムアレイを示す図である。 図２及び図３に示す重ね合わせ光学系の一例としてのシリンドリカルレンズアレイを示す図である。 マイクロミラーアレイ及び重ね合わせ光学系によって、２次元のパターン像を形成することを説明するための図である。 マイクロミラーアレイの画素の２値制御の一例を示す図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略斜視図である。 図９に示す振動ミラーの駆動による多階調のパターンの走査方向とウェハステージによる被処理体の走査方向との関係を説明するための図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すステップ３のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来のマスクレス露光装置の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０及び１０Ａ マイクロミラーアレイ
１１及び１１Ａ マイクロミラー
２０ 重ね合わせ光学系
２０Ａ プリズムアレイ
２０Ｂ シリンドリカルレンズアレイ
３０ 多階調のパターン
１００ 露光装置
１１０ 照明装置
１１２ 光源部
１１４ 照明光学系
１２０ マイクロミラーアレイ
１３０ 重ね合わせ光学系
１４０ 振動ミラー
１５０ 投影光学系
１６０ 被処理体
１７０ ウェハステージ

Claims (12)

1. 多階調のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、
   ２次元に配置された複数の画素を有し、前記画素の明暗の２値制御により光学像を形成する空間変調素子と、
   前記光学像を各列及び／又は各行毎に重ね合わせ、前記多階調のパターンを形成する重ね合わせ光学系とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記画素の明暗の２値制御は、前記画素の明暗が線対称となるように制御することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記空間変調素子は、マイクロミラーアレイであって、
   前記複数の画素は、各列又は各行毎にべき乗の比率で異なる反射率を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 前記重ね合わせ光学系が、前記光学像を各列又は各行毎に重ね合わせるとすると、
   前記複数の画素の前記各行又は各列毎に異なる透過率を有するフィルタを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 前記フィルタは、前記各行又は各列毎にべき乗の比率で異なる透過率を有することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記複数の画素は、隣り合う行又は列毎に、前記べき乗の数が相対的に１変化する反射率を有することを特徴とする請求項３記載の露光装置。
7. 前記フィルタは、隣り合う行又は列毎に、前記べき乗の数が相対的に１変化する透過率を有することを特徴とする請求項５記載の露光装置。
8. 前記重ね合わせ光学系は、前記空間変調素子の複数の画素が並ぶ方向に沿ったウェッジプリズムアレイであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
9. 前記多階調のパターンを前記被処理体面上で走査するミラーと、
   前記被処理体を走査するウェハステージとを更に有し、
   前記ミラーの走査方向と前記被処理体の走査方向とは、前記被処理体面上において直角であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
10. 所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、
    複数の画素を有し、前記画素の明暗の２値制御により前記所望のパターンを形成する空間変調素子と、
    前記所望のパターンを前記被処理体面上で走査するミラーと、
    前記被処理体を走査するウェハステージとを有することを特徴とする露光装置。
11. 前記所望のパターンの走査方向と前記被処理体の走査方向とは、前記ウェハステージの走査速度に応じて可変であることを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
12. 請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。